電化學(xué)技術(shù)處理難降解廢水的應用綜述
1前言電化學(xué)技術(shù)處理廢水的應用起源于20世紀40年代，由于一次性投資較大，電力緊張，成本較高，因而一直以來(lái)發(fā)展緩慢。直到20世紀60年代，隨著(zhù)電力工業(yè)的發(fā)展，電化學(xué)技術(shù)才逐漸被應用到廢水處理過(guò)程中，常用的水和廢水處理電化學(xué)方法有電解回收法、電化學(xué)氧化法、[1-2]電解氣浮法、電滲析法、微電解法等。近年來(lái)，電化學(xué)方法已被應用在垃圾滲濾液、印染廢水以及石化廢水的預處理、深度處理領(lǐng)域。
電化學(xué)技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中，出現了以下2個(gè)問(wèn)題：一是處理廢水所需要的時(shí)間問(wèn)題，針對該問(wèn)題，研制高催化活性的電極材料和有效的反應器將成為研究的熱點(diǎn)入手來(lái)解決;二是電極壽命問(wèn)題，則要從電極材料的結構和制備方法入手去研究。本文概述了幾類(lèi)難降解廢水的水質(zhì)特點(diǎn)及電化學(xué)技術(shù)在其中的應用，為電化學(xué)技術(shù)處理難降解廢水提供參考。
2電化學(xué)在焦化廢水處理中的應用
2.1焦化廢水的水質(zhì)特點(diǎn)
焦化廢水是從原煤的高溫干的復雜性直接決定了焦化廢水成分的復雜性。焦化廢水中含有大量的有機物和無(wú)機物，一般而言，焦化廢水呈深棕色，內含酚、氰化物、苯、氨氮、焦油和硫化物等有毒有害物質(zhì)。高濃度的有機物和氨氮對微生物生長(cháng)有強烈的抑制作用，目前，焦化廢水有80%的企業(yè)存在氨氮和COD排放不達標的情況。
2.2焦化廢水處理現狀與存在問(wèn)題
近幾年來(lái)，對焦化廢水處理技術(shù)的研究十分活躍。對于焦化廢水的處理，水處理中的所有常用工藝，如物理方法中的利用混凝劑的混凝沉淀法、活性炭吸附法、吹脫、化學(xué)中和法等，生物處理工藝中的A/O工藝、AA/O工藝、SBR工藝等，都被利用到焦化廢水的處理。目前，很多企業(yè)對于進(jìn)入生化池的廢水仍采取注入清水稀釋的方法來(lái)降低氨氮和難降解的有機物的濃度，進(jìn)而提高廢水的可生化性。經(jīng)過(guò)預處理的焦化廢水，較多企業(yè)采用A/O工藝去除其中的有機物和氨氮，數據統計結果顯示，大部分企業(yè)出水COD、NH3-N2個(gè)指標難以穩定達標。
2.3電化學(xué)氧化法處理焦化廢水
二級生化處理后的焦化廢水的水質(zhì)特點(diǎn)是COD和NH3-N不達標，對焦化廢水深度處理的主要任務(wù)是對COD和NH3-N指標的去除，針對這一任務(wù)，單明軍等搭建復極性三維電極反應器處理焦化廢水小試裝置，其中以鈦板為基材，在鈦板的表面涂鍍一定比例的RuO2和TiO2活性涂層，并在活性涂層中添加一定比例的IrO2作為陽(yáng)極，以鋼板作為陰極，焦粉粒子作為反應器中的填料(第三極)。實(shí)驗過(guò)程中，設計了二維電極與復極性三維電極的對比實(shí)驗，在同等試驗條件下，采用三維電極反應器對焦化廢水進(jìn)行深度處理對COD和NH3-N去除效果明顯高于二維電極反應器。同時(shí)進(jìn)行復極性三維電極法深度處理焦化廢水的正交試驗，設計電解時(shí)間、極板間距、電流密度、極板對數、曝氣量5個(gè)因素在4個(gè)水平上的試驗，得出各因素對COD和NH3-N去除率影響大小的關(guān)系都是極板間距>電流密度>電解時(shí)間>極板對數>曝氣量，得到復極性三維電極最佳反應條件是不曝氣的條件下設置電解時(shí)間60min、極板間距1cm、電流密度20mA/cm2、極板對數3對以測定深度處理的效果，結果表明：經(jīng)過(guò)生化處理后的焦化廢水水樣經(jīng)過(guò)焦粉復極性三維電極反應器處理后，其中的主要污染物質(zhì)：揮發(fā)酚、氰化物、COD、石油類(lèi)和NH3-N等指標可同時(shí)滿(mǎn)足《鋼鐵工業(yè)水污染物排放標準》(GB13456-92)中焦化廢水排放一級標準限值[5]。
3電化學(xué)在垃圾滲濾液處理中的應用
3.1垃圾滲濾液的水質(zhì)特點(diǎn)
垃圾滲濾液水質(zhì)極其復雜，污染物濃度高，因此滲濾液的處理一直是一個(gè)世界性的難題。根據垃圾填埋場(chǎng)的年份，垃圾滲濾液又可分為早期滲濾液和晚期滲濾液。早期滲濾液主要特點(diǎn)是：COD、BOD5高，B/C為0.4~0.8，可生化性較好。有機物主要是揮發(fā)性脂肪酸，pH一般為5~7，氨氮濃度較高，C/N比較高。晚期滲濾液主要特點(diǎn)是：COD、BOD5降低，B/C接近0.1，可生化性差，有機物主要有腐殖酸和富里酸等組成，氨氮濃度高，C/N比較低[6]。
3.2垃圾滲濾液處理方法及存在問(wèn)題
與常規廢水處理類(lèi)似，用于垃圾滲濾液處理的方法也主要包括物化法和生化法，物化法主要包括化學(xué)氧化法、吸附法、膜法等。生化法主要包括好氧處理法、厭氧處理法、厭氧-好氧結合法等，生化處理方法能耗少、費用低，可有效降低BOD5、COD和氨氮，還可以去除鐵、錳等金屬，是應用廣泛的處理方法。但是處理在COD、氨氮濃度較高的垃圾滲濾液時(shí)一些處理方法達不到達標排放的要求，還需要進(jìn)一步的深度處理，以滿(mǎn)足達標排放的要求。
3.3電化學(xué)氧化法處理垃圾滲濾液
某污水處理廠(chǎng)A/O工藝處理過(guò)的垃圾滲濾液水質(zhì)：CODcr=300mg/L，BOD5=80mg/L，TN=100mg/L，NH3-N=70mg/L，未能達到《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標準》(GB16889-2008)排放要求。魏平方等同樣采用三維電極反應器，三維電極陽(yáng)極材料采用Ti/RuO2˙IrO2，陰極材料采用不銹鋼電極，焦粉粒子填充在電極和電解槽的空隙中，采用氣泵于復極性三維電極反應器底部曝氣，對垃圾滲濾液進(jìn)行深度處理。設計了不同電流密度的試驗、不同類(lèi)型電極反應器的對比試驗、各種因素和水平的正交試驗。得到的試驗結論是：在0~120min的反應時(shí)間內，電流密度越大，COD和氨氮的去除率逐步增加;通過(guò)二維電極、焦粉粒子三維電極和GAC粒子三維電極對比試驗，無(wú)論是焦粉三維電極還是GAC三維電極，其對垃圾滲濾液中的COD和氨氮的去除率都高于二維電極;正交試驗的結果顯示，在反應時(shí)間80min、電流密度25mA/cm2、電極間距1cm、極板數量3對、曝氣量2L/min的最佳試驗條件下，經(jīng)焦粉離子三維電極深度處理后的垃圾滲濾液廢水最終可達標排放[7-8]。
4電化學(xué)在城鎮污水處理廠(chǎng)處理中的研究
4.1城鎮污水處理廠(chǎng)脫氮除磷工藝及存在問(wèn)題物化脫氮除磷工藝在去除氮磷的同時(shí)，對BOD、COD、SS、濁度都有一定的去除。然而生物法脫氮除磷是最常見(jiàn)的方法，現有的城鎮污水處理廠(chǎng)利用SBR、AA/O、倒置AA/O和工藝的占多數，AA/O中利用缺氧段和好氧段進(jìn)行硝化和反硝化脫氮，厭氧和好氧的吸磷釋磷已達到除磷效果，同時(shí)該工藝可以有效去除SS、BOD、COD等物質(zhì)[]。但是隨著(zhù)我國對環(huán)保問(wèn)題的重視，廢水排放標準日趨嚴格，具體表現在《城鎮污水處理處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB18918-2002)的頒布與執行，該標準對城鎮污水處理廠(chǎng)排水中的主要污染指標作出了更為嚴格的規定，同時(shí)針對氮、磷等營(yíng)養元素對水體產(chǎn)生的富營(yíng)養化問(wèn)題，該標準對氮、磷等指標作出了詳細的規定。因此，原有的污水處理廠(chǎng)已不能滿(mǎn)足新的排放標準。因此脫氮除磷還將是污水處理廠(chǎng)升級改造的重點(diǎn)。
4.2城鎮污水處理廠(chǎng)尾水水質(zhì)特點(diǎn)
由前述可知，在城鎮污水處理廠(chǎng)現有處理水平條件下，其所排尾水中氮、磷等營(yíng)養物質(zhì)很難達標排放。針對以上問(wèn)題，國內外進(jìn)行大量的研究和實(shí)踐，大都采用在常規二級生物處理后深度處理以提高和改善水質(zhì)。比如通過(guò)二級生物處理強化處理或者二級處理后出水投加藥劑處理。電化學(xué)深度處理也可以提高出水水質(zhì)，是一種高效無(wú)二次污染的方法[10]。
4.3電化學(xué)氧化法處理城鎮污水處理廠(chǎng)的尾水
何緒文分別以鈦板為基材，在鈦板的表面涂鍍一定比例的RuO2和TiO2活性涂層，并在活性涂層中添加一定比例的IrO2作為陽(yáng)極，以鋼板作為陰極的二維電極深度處理試驗，影響電化學(xué)去除效率的主要因素包括：電壓、電流密度、極板間距、電解時(shí)間、水中氯離子濃度等。先進(jìn)行實(shí)驗室靜態(tài)電解氧化小試試驗，分別對每個(gè)影響因素在不同取值條件下進(jìn)行試驗，分析出水中氨氮、總氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)[11]氮、濁度和電導率等參數的去除效果。根據去除率選擇最佳試驗參數，進(jìn)行實(shí)際水流狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)電解氧化試驗，動(dòng)態(tài)試驗中的電解時(shí)間即為水力停留時(shí)間。經(jīng)電化學(xué)深度處理的城鎮污水處理廠(chǎng)尾水能夠達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)中Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)標準排放。
5結論和展望
綜上，電化學(xué)技術(shù)在二級處理后的強化處理，對COD、NH3-N的處理效果顯著(zhù)，一些物化或者二級生物處理達到處理極限的時(shí)候，電化學(xué)深度處理可以進(jìn)一步處理，在環(huán)保受到日益關(guān)注，各類(lèi)環(huán)境標準更加嚴格的情況下，電化學(xué)法深度處理復雜的廢水，具有很大的潛力，受到更加多的重視。
同時(shí)，電化學(xué)技術(shù)成本高、能耗大的劣勢也不得不引起重視，要想未來(lái)投入生產(chǎn)使用，還需更多的研究去尋求更加低成本高效率的途徑，未來(lái)的電化學(xué)技術(shù)的研究，可以從材料角度出發(fā)，研究一些新型的電極材料以及填充電極，提高電極反應效率，也可以從催化劑角度出發(fā)，研究不同催化劑對電化學(xué)高級氧化的作用。
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